[发明专利]强度以及韧性优异的资源节约型钛合金构件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用资源丰富且可以廉价地获得的合金元素，并且能够以少于以往合金的添加量兼具高强度以及高韧性的资源节约型钛合金构件及其制造方法。

背景技术

轻量、高比强度且耐腐蚀性优异的钛合金用于航空器用途以及汽车部件、民用品等广泛的用途。其中，强度延性平衡优异的α+β型合金的Ti-6Al-4V为其的代表例子。一方面，为了减轻作为妨碍普及扩大的因素之一的成本高，作为添加元素，利用资源丰富且可以廉价地获得的Fe，开发了具有可以代替Ti-6Al-4V的特性的合金。

α+β型钛合金可以通过加工热处理而谋求高强度化，但通常由于高强度化而使延性、韧性降低。但是，由于用在汽车等的驱动部、高尔夫球杆那样直接受到冲击的部位等，因此期望高强度的同时也期望高韧性。

对α+β型钛合金的微观组织的形态进行大致区分时，存在等轴组织和针状组织。针状组织在韧性上有利但强度差。此外，在针状组织中，在β单相域的熔体化处理后进行骤冷而得到的微细针状组织与进行缓慢冷却而得到的粗大针状组织相比为高强度且低韧性。此外，粗大针状组织容易以粗大化的α相为起点产生疲劳破坏，因此与微细针状组织相比疲劳强度差。

此外，工业上作为用于高强度化的简便的方法、或者作为提高生产率的方法，有在Ti-6Al-4V的制造工序中将在β单相域的熔体化处理后的冷却速度加快的情况。但是，在熔体化处理后进行骤冷时，存在微观组织变成微细针状组织，Ti-6Al-4V合金的韧性大幅地降低的问题。

非专利文献1以及非专利文献2中记载的Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si合金为高强度、高刚性的合金，但存在Al添加量多、韧性差的问题。

专利文献1中，作为具有与以往的Ti-Al-Fe系钛合金同等且稳定的偏差少的疲劳强度、以及比其高的热加工性的α+β型钛合金，公开了包含Al：4.4％以上且不足5.5％、Fe：0.5％以上且不足1.4％的合金。其中，对于Si添加量，以疲劳强度降低为理由设为不足0.25％，未涉及对于固溶强化、韧性的贡献。

专利文献2中，作为具有与以往的Ti-Al-Fe系钛合金同等的疲劳强度以及比其高的热加工性或者冷加工性的钛合金，公开了包含Al：4.4％以上且不足5.5％、Fe：1.4％以上且不足2.1％的合金。其中，对于Si添加量，以疲劳强度降低为理由设为不足0.25％，未涉及对于固溶强化、韧性的贡献。

专利文献3中，作为工业上可以廉价地制造、具有与Ti-6Al-4V合金同等以上的机械性质的α+β型钛合金，公开了包含Al：5.5～7.0％、Fe：0.5～4.0％、O：0.5％以下的合金。但是，存在Al添加量多、韧性差，此外Fe含量高时由Fe偏析产生的特性的不均一性以及韧性降低的问题。

专利文献4中，作为与Ti-6Al-4V相比强度高、铸造性优异的铸造用α+β型钛合金，公开了包含Al：5.0～7.0％、Fe+Cr+Ni：0.5～10.0％、C+N+O：0.01～0.5％、在维持铸造的状态下拉伸强度为890MPa以上、熔点为1650℃以下的钛合金。该钛合金是得到熔融时的良好的流动性及凝固后的优异的强度的合金，但强度不充分。

专利文献5中公开了Al：4.4～5.5％、Fe：1.4～2.1％、Mo：1.5～5.5％、Si：不足0.1％且具有与Ti-6Al-4V同等以上的室温强度、疲劳强度的高强度α+β型合金。但是，专利文献5中记载的钛合金大量地包含昂贵且价格变动大的Mo，因此存在难以低成本且稳定地制造的问题。

专利文献6中公开了Mo当量为6.0～12.0、微观组织受控的高强度、高韧性的α+β型钛合金。但是，专利文献6中记载的钛合金需要大量包含昂贵的合金元素Mo，为高成本。

专利文献7中公开了包含Si的近β型钛合金。但是，专利文献7以近β型钛合金为对象，如说明书中所例示的Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr的那样，大量含有昂贵的合金元素V、Mo，为高成本。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特许第3076697号公报

专利文献2：特许第3076696号公报

专利文献3：特许第3306878号公报

专利文献4：日本特开2010-7166号公报

专利文献5：日本特开2005-320618号公报

专利文献6：日本特开2001-288518号公报

专利文献7：特许第3409278号公报